半导体 FAB 特气系统：解码特气输送的 “高速公路”

在半导体制造的微观世界里，特种气体（特气）是蚀刻、沉积等关键工艺的 “血液”，而特气输送系统则是将这些 “血液” 精准、安全地输送到工艺机台的 “高速公路”。其设计与运行的优劣，直接决定着芯片制造的效率、良率与安全性

由于特气的性质及用量不同，特气系统的输送方式有多种，但绝大部分特气输送系统都由以下5个部分组成，下面为大家详细讲述一下特气输送系统简介及组成部分。

● 供气设备（BSGS、GC、GR）:

①BSGS（大宗特气输送系统）

BSGS（Bulk Specialty Gas Supply System，大宗特气输送系统）是一套专为半导体、TFT-LCD、太阳能及LED等高端制造工厂设计的“连续、大流量、不间断”特种气体供应装置，可安全、自动、稳定地输送 SiH₄、NF₃、NH₃、N₂O、HCl 等易燃、有毒或腐蚀性气体。

系统组成

气源接口：可兼容 ISO 罐、Tube Trailer（管束车）、Y-Cylinder、Drum、钢瓶束等多种形式。

柜体/机架：

• 外壳：2 mm 冷轧钢板＋防腐蚀涂层，可选不锈钢；正面大安全玻璃窗、自锁门、UL 喷淋头。

• 尺寸示例：三缸机柜 42"×23"×89"，双 6" 排气口，带百叶窗强制排风。

内部气盘：

• 气动隔膜阀、调压阀（双级）、过滤器、真空发生器、J-T 效应加热器。

• 高纯 316L EP 管、VCR 接头，内壁 Ra≤0.25 μm。

传感与控制：PLC（Siemens/三菱）+ 7" 彩色触屏；压力传感器、称重平台、温度探头、泄漏/火焰/烟雾探测器。

分配单元：可集成 VMB（Valve Manifold Box）或 VMP，实现多工艺机台并行供气。

尾气处理：吹扫尾气经 Scrubber 或吸附塔达标排放。

应用场景

• 扩散/LPCVD：NH₃、SiH₄、TEOS

• 刻蚀：NF₃、Cl₂、HBr

• 离子注入：BF₃、AsH₃、PH₃

②GC（特气柜）

GC（Gas Cabinet，特气柜）是半导体、光伏、生物医药、实验室等场景中，用于安全存储、分配并连续供应高危特气（易燃、易爆、剧毒、强腐蚀）的全封闭式、可自动切换/吹扫/切断的微型供气站。它把危险气瓶“锁”在防爆柜体内，通过 PLC 与人机界面实现“无人值守”或“少人值守”运行，是整条特气系统与工艺机台的“最后一公里”关键节点。

功能定位

• 为 1～2 台工艺设备提供小流量、间歇或连续的特种气体（PH₃、SiH₄、ClF₃、WF₆、NH₃、HCl 等）。

• 集成防爆、防火、防泄漏、自动切换、自动吹扫抽真空、紧急切断、报警上传等功能，确保“人机隔离、连续供气”。

与上下游关系

• 上游：可接 Y-Cylinder、T-Cylinder、集装格或 BSGS 主管道。

• 下游：通过 VMB/VMP 或直接接入工艺机台。

GC 特气柜通过“防爆柜体 + 高纯气路 + 自动切换/吹扫 + 多重安全联锁”的集成设计，把高风险气体“关进笼子”，同时保证工艺不停机、气体不污染，是半导体、光伏、生物医药等高端制造中不可或缺的安全供气单元。

③GR（特气架）

GR（Gas Rack，特气架）是半导体、光伏、LED、生物医药等高端制造工厂中，用于安全、集中、连续供应惰性或低危工艺气体（N₂、Ar、He、H₂、O₂、CDA 等）的开放式或半开放式钢瓶/管束切换装置。

与完全封闭的 GC（特气柜）相比，GR 结构更简单、成本更低、操作更直观，适合无毒、非易燃、非腐蚀性的大宗或辅助气体，是“洁净室-厂务-工艺”之间最常见的中间配气节点。

● 气体分配设备

（VMB阀门分配箱、VMP阀门分配盘）▼

气体分配设备（VMB / VMP）在半导体、光伏、LED、生物医药等高端制造领域，被形象地称为“特气系统的最后一公里”。它们把来自 GC、GR、BSGS 或厂务主管的单一气源，安全、精准地分成多路，分别送往不同工艺机台。

VMB阀门分配箱

• 全封闭的“小房子”结构，带负压排风、防爆外壳、尾气处理，专门用于易燃、易爆、有毒、腐蚀性特种气体（SiH₄、NH₃、Cl₂、HCl、WF₆ 等）。

• 实现“单进多出”安全分配，且可对任一支路进行不停机吹扫/抽真空，维护时不影响其它支路。

VMP阀门分配盘

• 开放式或面板式结构，无密封外壳，通常用于惰性或低危气体（N₂、Ar、He、O₂、CDA）。

• 结构简单、成本低、便于多点集中调压，可作为实验室、一般产线的经济型分流方案

VMB 与 VMP 一“封闭”一“开放”，分别覆盖了高危特气与惰性气体的分配需求。通过合理选型、规范安装和定期维护，可以将供气端（GC/BSGS）与工艺端（机台）高效、安全地连接起来，从而保障先进制程的连续、稳定、安全生产。

● 尾气处理设备

特气供气设备在进行钢瓶交换时都要进行管道吹扫操作，如所供特气为有毒、腐蚀性及易燃易爆的气体时，则吹扫排出的气体不能直接排放，需要经过尾气处理装置处理符合环保标准后才能排放。

有毒、腐蚀性及易燃易爆的气体在经过工艺设备使用后也需要做相应地处理，才能安全排放。

● 特气监控及侦测系统（GMS、GDS）

特气监控及侦测系统（GMS、GDS）是用于保障特种气体（特气）在储存、输送和使用过程中的安全与稳定运行的关键系统。

GMS（气体管理系统）

GMS 是用于对特气设备运行状态进行实时监控和记录的系统。它通过高精度传感器网络，对气体供应系统的压力、流量、纯度等关键参数进行实时监测。

功能：

● 实时监控：监测特气钢瓶或储存容器的压力、温度、液位等参数。

● 气体分配控制：精准控制从储存区域到使用点的气体输送，调节阀门开度和气体流量。

● 质量监测：通过气体分析仪检测特气的纯度及杂质含量。

● 数据记录与分析：记录系统运行参数与事件信息，支持历史查询功能。

● 远程控制：支持远程启动报警单元、关闭供气设备等功能；

GDS

GDS 是用于实时监测环境中气体浓度并发出报警的系统。它主要关注气体泄漏的检测与安全报警。

功能：

• 实时监测：通过气体探测器实时监测环境中的气体浓度。

• 报警功能：当气体浓度超过预设值时，触发声光报警信号。

• 联动控制：可联动通风系统、喷淋系统等，自动切断气体源。

• 数据传输：支持与上位机或其他设备的通信，实现远程监控

GMS及GDS系统一般设置一级报警和二级报警两个级别，对应黄色和红色声光警报。

GMS系统中警报的设定值一般是根据工艺要求的特气输送压力来设定的，而GDS的警报值是根据该特气的TLV值来设定的。一般GDS系统一级警报的设定值为该特气的TLV值的一半，二级警报的设定值为该特气的TLV值。

● 特气输送管道

特气输送管道是连接气源（如GC、GR、BSGS等）与工艺设备（如VMB/VMP）的“生命线”，其设计、选材、施工和测试直接决定了气体供应的可靠性、安全性和气体纯度。

核心功能

● 气体输送：将高纯度特气从储存设备安全、高效地输送到工艺机台。

● 纯度保障：通过严格控制管道材质和内表面处理，避免气体在输送过程中受到污染。

● 安全防护：防止易燃、易爆、有毒或腐蚀性气体泄漏，保障人员和设备安全。

常用材质：

● 316L不锈钢：耐腐蚀性强，内表面粗糙度低，适用于大多数特气（如SiH₄、NH₃、Cl₂等）。

● 316L-EP（电解抛光）不锈钢：经过电解抛光处理，内表面光洁度极高（Ra ≤ 0.25 μm），适用于高纯度气体（如电子级特气）。

● PTFE（聚四氟乙烯）内衬管道：耐腐蚀性优异，适用于强腐蚀性气体（如Cl₂、HCl），但机械强度较低。

特殊材质：

● 双套管：内管为316L-EP不锈钢，外管为316L不锈钢，用于剧毒气体（如硅烷、硼烷），外管可检测内管泄漏并阻绝气体扩散。

● 加热伴管：配备热追踪系统，用于需要恒温输送的气体（如H₂S、CO₂）；

通过合理选材、规范施工和严格测试，可以确保特气系统的高效运行和安全生产。

特气输送系统作为半导体制造的 “幕后英雄”，其重要性不言而喻。从精准的管道选材设计到高效的气体分配与监控，再到完善的安全保障措施，每一个环节都环环相扣，共同构筑起芯片制造的 “生命线”。